광섬유에는 일반적으로 두 개의 코팅이 있는데, 안쪽은 부드럽고 바깥쪽은 단단한 이유는 무엇입니까? lang=“EN-US”">
광 파이프 제조 및 재료 공학 분야에서 표준 석영 유리 광섬유는 스트리칭 제조 공정 중 환경 손상 및 기계적 응력으로부터 보호하기 위해 즉시 폴리머 코팅을 해야 합니다. 일반적으로 표준 폴리아크릴레이트 코팅 광섬유(예: 외경 255\ \mu\text{m} 의 광섬유)는 **이중 코팅 시스템(Dual-Layer Coating System)**을 채택하며, 그 물리적 구조는 “안은 부드럽고 밖은 단단한” 형태입니다.
이러한 설계는 역학, 재료 과학 및 광 전송 이론의 시너지 최적화에 기반합니다. 구체적인 물리적 및 공학적 이유는 다음과 같습니다.
1. 내부 코팅(1차 코팅/소프트 코팅, Primary Coating)의 역할
내부 코팅은 실리카 유리 클래딩(외경 125\ \mu\text{m})의 바깥쪽에 직접 둘러싸여 있습니다. 이는 일반적으로 매우 낮은 영률(Young’s Modulus, 통상 E \approx 1\ \text{MPa} 에서 3\ \text{MPa})과 매우 낮은 유리 전이 온도( T_g \approx -40^\circ\text{C} 이하)를 가진 연질 탄성체 재료(예: 소프트 아크릴레이트 수지)로 구성됩니다.
- 기계적 응력 완충(Stress Buffer): 부드러운 내부 코팅은 ‘탄성 패드’ 역할을 하여, 급격한 온도 변화로 인한 외부 열팽창 및 수축 응력과 측면 기계적 압축을 효과적으로 흡수하고 완충하여 이러한 외부 응력이 마이크로미터 수준의 유리 클래딩에 직접 작용하는 것을 방지합니다.
- 미세 굽힘 손실(Microbending Loss)의 대폭 감소 : 광섬유가 케이블화, 설치되거나 불균일한 측면 물리적 압축을 받을 때, 부드러운 내부 코팅은 국부적인 전단 변형을 통해 변형 에너지를 흡수하여 석영 유리 코어 층에 극소량(마이크로미터 수준)의 고주파수 섭동 굽힘이 발생하는 것을 방지합니다. 이는 광 신호 전송 중 미세 굽힘 산란 손실( a_{\text{micro}} )을 효과적으로 억제합니다.
2. 외부 코팅(2차 코팅/하드 코팅, Secondary Coating)의 역할
외부 코팅은 내부 코팅 바깥쪽에 단단히 둘러싸여 코팅 광섬유의 가장 바깥쪽 표면을 형성합니다. 이는 일반적으로 높은 영률(통상 E \approx 500\ \text{MPa} 에서 1000\ \text{MPa})과 높은 유리 전이 온도( T_g "> 60^\circ\text{C})를 가진 단단한 고분자 재료로 사용됩니다.
- 기계적 마모 및 긁힘 방지(Abrasion Resistance): 광섬유 스트리칭, 릴링, 케이블화(Stranding) 및 설치 과정에서 광섬유는 다양한 롤러를 통과하고 다른 부품과 마찰해야 합니다. 단단한 외부 코팅은 매우 강력한 표면 내마모성, 내스크래치성 및 내절삭성을 제공합니다.
- 물리적 방습 및 내화학성(Environmental Barrier): 석영 유리 표면에는 미세 균열이 존재하며, 소량의 수분( \text{H}_2\text{O})과 응력이 함께 작용하면 서서히 화학 반응을 일으켜 미세 균열이 확장(즉, 응력 부식)되고, 이로 인해 유리 피로 파괴가 발생할 수 있습니다. 단단한 외부 코팅은 밀집된 보호 차단층으로서 수증기 및 산/알칼리 등 화학 부식 매체의 침투를 늦춰 광섬유의 장기적인 기계적 수명을 연장합니다.
- 케이블화 공정 성능 향상(Processability): 단단한 외부 코팅의 표면 마찰 계수는 정밀하게 조절되어, 케이블화 가공 시 달라붙지 않을 만큼 충분한 경도를 가지면서도, 기계적 스트리핑(Stripping) 시 내부 및 외부 코팅이 유리 계면에서 깨끗하게 분리되도록 하여 용접 시 청결성과 효율성을 보장합니다.
OFSCN® 공식 제품 적용 연관성
표준 광통신 및 광섬유 격자 센서 생산에서, Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®)에서 제공하는 표준 폴리아크릴레이트 코팅 광섬유는 우수한 광학 성능을 보장하는 동시에 장기적인 기계적 안정성을 확보하기 위해 이중 고성능 코팅 구조를 엄격하게 채택합니다.
다음과 같은 공식 사양 제품을 참고할 수 있습니다:
- OFSCN® G.652D 광섬유:
표준 G.652D 단일 모드 광섬유 로드를 기반으로 생산되며, 코어 직경 9\ \mu\text{m}, 클래딩 직경 125\ \mu\text{m}, 코팅 외경 255\ \mu\text{m} 이며, 코팅은 높은 미세 굽힘 및 긁힘 방지 기능을 갖춘 이중 폴리아크릴레이트 재료를 사용합니다.
- OFSCN® G.657 광섬유:
표준 굽힘 불감 단일 모드 광섬유(G.657 A2 또는 G.657 B3 등급 선택 가능)이며, 255\ \mu\text{m} 의 이중 폴리아크릴레이트 코팅을 사용하고, 극한의 굽힘 반경 환경에서 고성능 이중 코팅과 결합하여 최대 굽힘 손실 방지 성능을 발휘하는 데 적합합니다.
